基于GPU加速的光子映射技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著計算機硬件的快速發(fā)展，特別是圖形硬件性能的快速提升，計算機圖形學(xué)有了長足的發(fā)展。硬件的改進推動著各種應(yīng)用需求的擴展和提高，使得渲染的真實感已經(jīng)成為人們關(guān)注的一個熱點。全局光照是真實感渲染領(lǐng)域的一個重要內(nèi)容，而光子映射又是當(dāng)前模擬全局光照效果最好的算法之一，因此光子映射也就成了一個研究熱點。
　　 光子映射是一種簡單、靈活，但功能強大的全局光照渲染算法，但由于該算法在渲染過程中需要大量的計算而比較耗時，使得渲染速度比較

2、慢，所以長期以來光子映射只能作為一種離線渲染技術(shù)，而無法應(yīng)用于交互或者實時渲染領(lǐng)域。隨著近年來計算機圖形處理器(GPU)的高速發(fā)展，GPU已經(jīng)具備高效的并行性和靈活的可編程性，以及強大的通用計算能力。現(xiàn)在可以利用其強大的并行計算能力，加速光子映射的渲染過程，從而使得光子映射方法在一定條件下達(dá)到實時渲染的性能。
　　 本文首先分析和討論了全局光照以及它的渲染方程，然后探討了如何將光子映射轉(zhuǎn)化為并行化渲染算法的設(shè)計過程，最后根據(jù)該過

3、程詳細(xì)地分析和討論了光子映射算法在GPU中的實現(xiàn)過程，并對實現(xiàn)中存在的問題和難點，提出了一些改進的方法，具體如下：
　　 1、本文在分析并行處理方式的基礎(chǔ)上，探討了光子映射算法中哪些過程可以并行化處理，以及如何將其轉(zhuǎn)化為并行操作，從而使得光子映射成為一個并行渲染方法。文中還進一步討論了如何合理地將場景數(shù)據(jù)分配到各個處理器上，使得各處理器的負(fù)載盡可能平衡，從而加快光子映射的實現(xiàn)過程。
　　 2、深入研究了CUDA的編程模型

4、，分析了在CUDA架構(gòu)中CPU與GPU之間的關(guān)系；然后針對在CUDA中并行化實現(xiàn)光子發(fā)射和跟蹤過程中出現(xiàn)的任務(wù)分配和負(fù)載平衡問題，提出了一些解決的方法，并且討論了用于表示光子圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及如何并行化存儲光子來構(gòu)建光子圖。
　　 3、針對在實現(xiàn)光子跟蹤過程中需要應(yīng)用遞歸函數(shù)來多次跟蹤光子，而目前CUDA卻不支持遞歸函數(shù)調(diào)用的問題，本文通過引入隊列結(jié)構(gòu)來保存和恢復(fù)光子跟蹤過程中的各種狀態(tài)，將光子跟蹤中的遞歸思想更改為循環(huán)方式實現(xiàn)